《無機(jī)化學(xué)》1物質(zhì)的聚集狀態(tài)

LOREMIPSUMDOLORLOREMIPSUMDOLOR無機(jī)化學(xué)第一章物質(zhì)的聚集狀態(tài)無機(jī)化學(xué)本章主要內(nèi)容第一節(jié)氣體第二節(jié)液體第三節(jié)固體無機(jī)化學(xué)本章教學(xué)目標(biāo)【知識目標(biāo)】1.了解物質(zhì)的不同聚集狀態(tài)；2.掌握理想氣體狀態(tài)方程和分壓定律；3.熟悉液體的基本性質(zhì)。【能力目標(biāo)】1.會利用理想氣體狀態(tài)方程和分壓定律進(jìn)行有關(guān)計算；2.會利用液體蒸氣壓解釋不同條件下水的沸點(diǎn)變化。本章教學(xué)目標(biāo)在一定的溫度和壓力下，物質(zhì)總是以一定的聚集狀態(tài)存在。即存在為氣態(tài)、液態(tài)或固態(tài)，各種狀態(tài)都各有其特性。在一定的條件下，物質(zhì)總是以一定的聚集狀態(tài)參加化學(xué)反應(yīng)的。物質(zhì)的狀態(tài)對其化學(xué)行為有重要的影響。對給定的化學(xué)反應(yīng)，由于物質(zhì)的狀態(tài)不同，反應(yīng)的速率和反應(yīng)的能量關(guān)系也有所不同，同時物質(zhì)的狀態(tài)還會影響反應(yīng)條件。常溫、常壓下，物質(zhì)通常有氣、液、固三種聚集狀態(tài)，它們各自具有不同的特征，在一定條件下可相互轉(zhuǎn)化。1、氣體（g）：分子間作用力小，無一定的體積和形狀，具有擴(kuò)散性和可壓縮性。2、液體（l）：分子間作用力介于氣體和固體之間，有一定的體積，無固定的形狀，具有流動性。3、固體（s）：具有一定體積、一定形狀及一定程度的剛性。第一章物質(zhì)的聚集狀態(tài)第一節(jié)氣體

氣體的基本特征是具有擴(kuò)散性和壓縮性。氣體沒有一定的形狀。將氣體引入任何大小的容器中，由于氣體分子的能量大，分子間引力小，分子在作無規(guī)則地運(yùn)動，因而能自動擴(kuò)散充滿整個容器。氣體分子間的空隙很大，對氣體加壓，其體積就縮小。同時氣體的狀態(tài)還受到溫度、氣體的物質(zhì)的量的影響。通常情況下，氣體的存在狀態(tài)主要由體積V、壓力P、溫度T和物質(zhì)的量n四個因素決定，稱為氣體的狀態(tài)函數(shù)。而反應(yīng)這四個量的關(guān)系的式子就是氣體的狀態(tài)方程。第一章物質(zhì)的聚集狀態(tài)一、理想氣體狀態(tài)方程我們把分子本身不占體積，分子間沒有相互作用力的氣體稱為理想氣體。理想氣體是一個抽象的概念，它實(shí)際上不存在，但此概念反映了實(shí)際氣體在一定條件下的最一般的性質(zhì)。只有在溫度高和壓力無限低時，實(shí)際氣體才接近于理想氣體。理想氣體方程式為：pV=nRT式中，p為壓力；V為體積；T為溫度；n為氣體的物質(zhì)的量；R為摩爾氣體常數(shù)。第一章物質(zhì)的聚集狀態(tài)*實(shí)際氣體理想氣體狀態(tài)方程是在高溫低壓的情況下得出的，它忽略了氣體分子本身的體積和分子間的作用力，但在低溫高壓下，氣體的密度增大，分子間距減少，這時分子本身的體積和分子間的作用力不能忽略。所以要想繼續(xù)使用理想氣體狀態(tài)方程就必需對理想氣體狀態(tài)方程作適當(dāng)?shù)男拚蛊淠苓m用于實(shí)際氣體的情況。第一章物質(zhì)的聚集狀態(tài)二、氣體分壓定律我們知道，氣體的特性之一是具有擴(kuò)散性，能夠均勻地充滿它所占有的全部空間。在任何容器內(nèi)的氣體混合物中，如果各組分之間不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，則每一種氣體都均勻地分布在整個容器內(nèi)，它所產(chǎn)生的壓強(qiáng)和它單獨(dú)占有整個容器時所產(chǎn)生的壓強(qiáng)相同。也就是說，一定量的氣體在一定容積的容器中的壓強(qiáng)僅與溫度有關(guān)。道爾頓（Dalton）總結(jié)了這些實(shí)驗(yàn)事實(shí)，得出下列結(jié)論：某一氣體在氣體混合物中產(chǎn)生的分壓等于在相同溫度下它單獨(dú)占有整個容器時所產(chǎn)生的壓強(qiáng)；而氣體混合物的總壓強(qiáng)等于其中各氣體分壓之和，這就是道爾頓分壓定律，又稱氣體分壓定律。第一章物質(zhì)的聚集狀態(tài)

假設(shè)有一理想氣體的混合物，有i個組分，i（=1，2，3，…i)，則道爾頓分壓定律可表示為p總=p1+p2+……+pi或

由理想氣體方程式得：

第一章物質(zhì)的聚集狀態(tài)道爾頓分壓定律另一種表達(dá)形式：Pi=xip總

即在溫度和體積恒定時，理想氣體混合物中，各組分氣體的分壓（pi）等于總壓（p總）乘以該組分的摩爾分?jǐn)?shù)（xi）。需要注意的是，實(shí)際氣體并不嚴(yán)格遵從道爾頓分壓定律，在高壓情況下尤其如此。在實(shí)際工作中，進(jìn)行混合氣體組分分析時，常采用量取組分氣體體積的方法。當(dāng)組分氣體的溫度和壓力與混合氣體相同時，組分氣體單獨(dú)存在時所占有的體積稱為分體積，混合氣體的總體積等于各組分氣體的分體積之和:V總=V1+V2+……+Vi。第一章物質(zhì)的聚集狀態(tài)液體內(nèi)部分子之間的距離比氣體小得多，分子之間的作用力較強(qiáng)。液體具有流動性，有一定的體積而無一定形狀。與氣體相比，液體的可壓縮性小得多。一、液體的蒸氣壓在液體中分子運(yùn)動的速度及分子具有的能量各不相同，速度有快有慢，大多處于中間狀態(tài)。液體表面某些運(yùn)動速度較大的分子所具有的能量足以克服分子間的吸引力而逸出液面，成為氣態(tài)分子，這一過程叫做蒸發(fā)。第二節(jié)液體第一章物質(zhì)的聚集狀態(tài)蒸氣壓是物質(zhì)的一種特性，常用來表征液態(tài)分子在一定溫度下蒸發(fā)成氣態(tài)分子的傾向大小。在某溫度下，蒸氣壓大的物質(zhì)為易揮發(fā)物質(zhì)，蒸氣壓小的為難揮發(fā)物質(zhì)。如25℃時，水的蒸氣壓為3.24kPa，酒精的蒸氣壓為5.95kPa，則酒精比水易揮發(fā)。皮膚擦上酒精后，由于酒精迅速蒸發(fā)帶走熱量而感到?jīng)鏊Ｒ后w的蒸氣壓隨溫度的升高而增大。還須指出，只要某物質(zhì)處于氣-液共存狀態(tài)，則該物質(zhì)蒸氣壓的大小就與液體的質(zhì)量及容器的體積無關(guān)。第一章物質(zhì)的聚集狀態(tài)二、液體的沸點(diǎn)在敞口容器內(nèi)加熱液體，最初會看到不少細(xì)小氣泡從液體中逸出，這種現(xiàn)象是由于溶解在液體中的氣體因溫度升高，溶解度減小所引起的。當(dāng)達(dá)到一定溫度時，整個液體內(nèi)部都冒出大量氣泡，氣泡上升至表面，隨即破裂而逸出，這種現(xiàn)象叫做沸騰。此時，氣泡內(nèi)部的壓力至少應(yīng)等于液面上的壓力，即外界壓力(對敞口容器即大氣壓力)，而氣泡內(nèi)部的壓力為蒸氣壓。第一章物質(zhì)的聚集狀態(tài)故液體沸騰的條件是液體的蒸氣壓等于外界壓力，沸騰時的溫度叫做該液體的沸點(diǎn)。換言之，液體的蒸氣壓等于外界壓力時的溫度即為液體的沸點(diǎn)。如果此時外界壓力為101.325kPa，液體的沸點(diǎn)就叫正常沸點(diǎn)。第一章物質(zhì)的聚集狀態(tài)第三節(jié)固體固體可由原子、離子或分子組成。這些粒子排列緊湊，有強(qiáng)烈的作用力(化學(xué)鍵或分子間力)，使它們只能在一定的平衡位置上振動。因此固體具有一定體積、一定形狀以及一定程度的剛性(堅實(shí)性)。多數(shù)固體物質(zhì)受熱時能熔化成液體，但有少數(shù)固體物質(zhì)并不經(jīng)過液體階段而直接變成氣體，這種現(xiàn)象叫做升華。第一章物質(zhì)的聚集狀態(tài)一、晶體與非晶體晶體與非晶體的最大區(qū)別在于物質(zhì)內(nèi)部的微粒能否有序地規(guī)則排列。晶體之所以有規(guī)則的幾何外形，因?yàn)槠鋬?nèi)部的微粒（離子、原子或分子）在空間按一定的規(guī)律周期性重復(fù)排列而表現(xiàn)出長程有序，就是說如果把晶體中任意一個微粒沿某個方向平移一定距離，必能找到一個同樣的微粒。非晶體內(nèi)部微粒的排列是無次序的、不規(guī)律的。第一章物質(zhì)的聚集狀態(tài)晶體具有以下特征。（1）有一定的幾何外形從外觀上看，晶體一般都具有規(guī)則的幾何外形。例如食鹽晶體是立方體，石英(SiO2)是六角柱體，明礬晶體為八面體結(jié)構(gòu)等。有些物質(zhì)在外觀上并不具備整齊的外形，但經(jīng)結(jié)構(gòu)分析證明是由微晶體組成的，它們?nèi)詫倬w范疇。常見的炭黑就是這類物質(zhì)。與晶體相反，非晶體沒有固定的幾何外形，又稱無定形體。例如，玻璃、橡膠、瀝青、動物膠、松香等，他們的外形是隨意性的。第一章物質(zhì)的聚集狀態(tài)（2）有固定的熔點(diǎn)在一定壓力下將晶體加熱，當(dāng)溫度升到某一定值（達(dá)到晶體的熔點(diǎn)）時，晶體才開始熔化，繼續(xù)加熱，在它沒有全部熔化以前，溫度保持不變，這是外界供給的熱量用于晶體從固體轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w，直到晶體全部熔化后，溫度才重新上升。而非晶體沒有固定的熔點(diǎn)。如玻璃加熱，它先變軟，然后慢慢地熔化成粘滯性很大的流體。在這一過程中溫度是不斷上升的，從軟化到熔體，有一段溫度范圍。第一章物質(zhì)的聚集狀態(tài)（3）各向異性晶體的某些性質(zhì)具有方向性。如導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、光學(xué)性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)等，在晶體的不同方向表現(xiàn)出明顯的差別。例如云母特別容易按紋理面的方向裂成薄片；石墨晶體內(nèi)平行于石墨層方向比垂直于石墨層的導(dǎo)熱率要達(dá)4-6倍，導(dǎo)電率要大5000倍。而非晶體是各向同性的。事實(shí)上，晶體與非晶體之間并沒有嚴(yán)格的限界，在一定條件下可相互轉(zhuǎn)化。從熱力學(xué)上講，晶態(tài)物質(zhì)比非晶態(tài)物質(zhì)更穩(wěn)定。第一章物質(zhì)的聚集狀態(tài)二、液晶在一定溫度范圍內(nèi)存在的液體既具有液體的可流動性，又具有像晶體那樣的各項(xiàng)異性，這種液體為液態(tài)晶體，簡稱為液晶。液晶在折射率、磁化率、電導(dǎo)率等宏觀性質(zhì)方面之所以表現(xiàn)出類似晶體的各向異性，是因?yàn)閮?nèi)部分子的排列沿分子長軸方向呈現(xiàn)出有序的排列。液晶的顯示功能與液晶材料內(nèi)部分子的排列密切相關(guān)。在施加電壓時，液晶分子能夠沿電場方向排列，而在移去電場之后，液晶分子又恢復(fù)到原來的狀態(tài)。這就是電子手表和筆記本電腦數(shù)字或圖像得以顯示的原因。第一章物質(zhì)的聚集狀態(tài)三、納米材料納米材料實(shí)際上是指三維空間尺寸至少有一維處于納米尺度的、具有特定功能的材料。納米材料由直徑為幾個或幾十個納米的顆粒和顆粒間的界面兩部分組成。納米顆粒是長程有序的晶體結(jié)構(gòu)，界面則是既不長程有序也不短程有序的無序結(jié)構(gòu)。與普通的金屬、陶瓷和其他固體材料一樣，納米材料也是由原子組成，只不過這些原子排列成了納米量級的原子團(tuán)，成為組成納米材料的結(jié)構(gòu)粒子。通常組成納米材料的晶狀顆粒內(nèi)部的有序原子與晶類界面的無序原子各約占原子總數(shù)的50%，從而形成與晶態(tài)、非晶態(tài)均不同的一種新的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。第一章物質(zhì)的聚集狀態(tài)四、等離子體物質(zhì)由分子構(gòu)成，分子由原子構(gòu)成，原子由帶正電的原子核和圍繞原子核、帶負(fù)電的電子構(gòu)成。當(dāng)被加熱到足夠高的溫度或其他原因，外層電子擺脫原子核的束縛成為自由電子，就像下課后的學(xué)生跑到操場上隨意玩耍一樣。電子離開原子核，這個過程就叫做“電離”。這時，物質(zhì)就變成了由帶正電的原子核和帶負(fù)電的電子組成的、一團(tuán)均勻的“漿糊”，因此人們戲稱它為離子漿，這些離子漿中正負(fù)電荷總量相等，因此它是近似電中性的，所以就叫等離子體。等離子體運(yùn)動主要受電磁力支配，并表現(xiàn)出顯著的集體行為。它廣泛存在于宇宙中，常被視為是除去固、液、氣外，物質(zhì)存在的第四態(tài)。等離子體是一種很好的導(dǎo)電體，利用經(jīng)過巧妙設(shè)計的磁場可以捕捉、移動和加速等離子體。等離子體物理的發(fā)展為材料、能源、信息、環(huán)境空間、空間物理、地球物理等科學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展提供了新的技術(shù)和工藝。第一章物質(zhì)的